APPLICATIONS ET CONSIDÉRATIONS POUR L’ADMISSION D’AIR DANS LES CENTRALES NUCLÉAIRES

L’admission d’air dans la centrale nucléaire joue un rôle important pour la sécurité des personnes. Et ce, tout en maintenant l’intégrité opérationnelle de la centrale. L’air aspiré est conditionné et utilisé à trois fins importantes :

• Le chauffage
• La ventilation 
• La climatisation, également connue sous le nom de CVC. Ces services d’air et d’instrumentations permettent de faire fonctionner des vannes et des actionneurs pneumatiques critiques et non critiques pour la sécurité. 

Cet article se concentre sur les considérations de conception pour l’alimentation en air et les applications dans une centrale nucléaire. Applicable au réacteur de puissance évolutif ou European Pressurized Reactor ou EPR, au réacteur à eau pressurisée ou REP, au réacteur à eau bouillante ou REB.

Toutefois, les implications d’une défaillance de l’air d’instrumentation, de l’air de service ou de l’air conditionné pour le CVC sur les réacteurs seraient différentes en raison des différences de construction et de verrouillage. 

Conditionnement de l’air d’instrumentation

L’énergie nucléaire est produite par la fission de l’uranium 235, ce qui nécessite des produits de fission et des processus appropriés qui contiendront l’énergie de manière acceptable. Sans poser de menaces pour la sécurité ou de risques pour les personnes et les instruments en raison des radiations. Dans certaines centrales nucléaires, l’air comprimé est utilisé pour faire fonctionner des équipements qui assurent l’arrêt en toute sécurité de la centrale en cas d’urgence. Il permet d’empêcher les contaminants radioactifs de contourner les barrières en place. 

Cependant, ce n’est pas le cas dans la plupart des centrales nucléaires. Comme la plupart des vannes et des équipements sont nécessaires pour un arrêt sûr, ils sont également actionnés par des actionneurs motorisés connectés à plusieurs générateurs de secours en cas de panne de courant due à un événement d’urgence.

Comme dans toute installation industrielle, l’air comprimé est utilisé pour actionner les outils pneumatiques et les pompes, ce que l’on appelle l’air de service. En général, le système d’air de service est différent de l’air d’instrumentation, mais il peut être utilisé en complément de ce dernier. Il convient de noter que les exigences de qualité pour l’air de service sont moins strictes que pour l’air d’instrumentation, de sorte qu’une certaine humidité et de l’huile sont autorisées dans l’air de service. 

Le conditionnement de l’air avant la compression est très important car la présence d’humidité peut entraver le fonctionnement des systèmes de contrôle pneumatique. Le Compressed Air Nuclear Users Group (CANUG) recommande qu’il y ait trois systèmes d’air d’instrumentation redondants, ce qui permettra à l’un d’entre eux d’être en maintenance. Dans le même temps, les deux autres seraient configurés en mode de fonctionnement et de veille. Chaque système est composé des sous-systèmes suivants :

• Un compresseur : généralement, ces compresseurs alternatifs peuvent être combinés avec le compresseur d’air de service.  Celui-ci peut également compléter le système primaire si une plus grande capacité est nécessaire sans faire fonctionner les systèmes de compresseurs de secours et de maintenance. Il est courant que les compresseurs d’air de service soient des compresseurs rotatifs à vis plutôt que des compresseurs à pistons. 
• Inter et post-refroidisseur
• Réservoir humide
• Pré-filtre ou éliminateur de brouillard
• Un sécheur déshydratant régénératif chauffé : il peut s’agir d’un sécheur régénératif à chauffage interne avec un thermoplongeur électriqueet des éléments axiaux insérés dans le lit de dessiccation. Les thermoplongeurs électriques sont fixés à la coque de la cuve dans différents types de configurations à chauffage interne, contenant les lits de dessiccation. En règle générale, les éléments chauffants ne doivent pas être espacés de plus de 10 cm car le dessiccant est thermiquement réfringent. Par conséquent, un espacement étroit est nécessaire pour atteindre des températures de 1000 °F pour la régénération. 

L’air de purge doit être sec et contenir 6 % d’humidité pour répartir uniformément la chaleur sur le lit de dessiccation. Toute interruption de l’alimentation en air de purge sec entraîne une condensation sur les surfaces internes de la cuve en raison de la faible pression de vapeur. Le thermoplongeur électrique est installé à l’extérieur dans un échangeur de chaleur séparé pour le sécheur régénératif chauffé de l’extérieur.  Cela permet de chauffer directement le dessiccateur. L’air passe sur l’élément chauffant pour absorber l’énergie et circule à travers le lit de dessiccation. Bien que ce système fonctionne bien à la pression atmosphérique, une pression plus faible améliore l’efficacité. 

• Après le filtre

Pour améliorer encore la fiabilité du système d’air d’instrumentation comprimé. Des connexions croisées entre les trois systèmes et les systèmes d’air de service sont recommandées. Il est également recommandé de limiter la charge du compresseur à 75 % et de prévoir des systèmes de contrôle redondants afin que la défaillance d’un contrôleur n’affecte pas l’autre. 

Selon les recommandations de CANUG, le dessiccateur d’air sans chaleur doit être utilisé en raison de sa conception plus simple et de sa meilleure fiabilité. Contrairement aux sécheurs par dessiccation à chauffage interne ou externe avec système de purge d’air. Cependant, cela s’accompagne généralement de coûts de cycle de vie plus élevés et d’une augmentation du coût total de possession. C’est pourquoi certaines centrales nucléaires utilisent encore ces derniers.

Systèmes de ventilation

Dans une centrale nucléaire, les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) ont deux objectifs :

1. Fournir des conditions de travail acceptables et confortables au personnel de la centrale. Cela inclut le maintien de la pureté, de la température et de l’humidité, en particulier dans la salle de contrôle où un contrôle précis de l’humidité et de la température est important. Surtout en raison de la présence d’appareils électroniques, d’analyseurs et d’ordinateurs sensibles. 
2. Le deuxième objectif est de s’assurer que les équipements, les composants et les structures sont maintenus dans des conditions environnementales. Cela permet d’éviter la dégradation et la corrosion des équipements. 

En outre, le système de CVC comprend tous les dispositifs de verrouillage et d’épuration nécessaires pour réduire l’exposition aux rayonnements lors du fonctionnement de la centrale ou en cas d’urgence. Les systèmes CVC installés dans les centrales nucléaires constituent la dernière ligne de défense en cas de rejet radiologique ou de catastrophe nucléaire. Ils éliminent mécaniquement les particules et chimiquement les gaz radioactifs. Un exemple de ces systèmes de nettoyage chimique et mécanique est le filtre HEPA (High efficiency particulate absolute) qui élimine les particules. La réglementation exige que chaque filtre soit testé pour éliminer 99,97 % des particules. Les filtres à charbon actif éliminent les matières radioactives telles que l’iode 131 qui provoque le cancer de la thyroïde. 

Habituellement, la centrale nucléaire est divisée en zones de ventilation et le différentiel de pression est déterminé et vérifié périodiquement pour le flux d’air des zones non contrôlées vers les zones contrôlées. La classification est basée sur la compartimentation des incendies. Cela nécessite d’accéder à une pièce ou à une zone pendant les situations opérationnelles et les conditions d’accident et le risque posé s’il y a un rejet radioactif des systèmes situés dans ces pièces ou zones. L’air évacué des zones contrôlées est rejeté dans l’environnement par des conduits étanches jusqu’à la cheminée de ventilation de la centrale. S’il existe un risque que la présence de matières radioactives soit supérieure aux limites réglementaires, des filtres mécaniques et chimiques doivent être utilisés pour épurer l’air.